РАСЧЕТ МОНОЛИТНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ НА ПРОГРЕССИРУЮЩЕЕ (ЛАВИНООБРАЗНОЕ) ОБРУШЕНИЕ В СРЕДЕ СИСТЕМЫ «SCAD OFFICE». д.т.н. Перельмутер А.В., г

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Способы проектирования для предупреждения прогрессирующего обрушения:
-- общее упрочнение всего здания ( разрушение одного из элементов здания не приводит к разрушению всего строения ),
-- местное усиление ( упрочнение наиболее чувствительных мест ),
-- взаимосвязь элементов.
Термин "прогрессирующее обрушение" относится к ситуации, когда разрушение или повреждение какой-либо малой части конструкции ведет к полному или почти полному разрушению всей конструкции.
С одной стороны:
- Невозможно полностью исключить вероятность возникновения аварийных воздействий или ситуаций, вызванных деятельностью человека или природными явлениями
С другой стороны:
- Необходимо обеспечить определенную степень безопасности находящихся в зданиях людей и сохранности их имущества за счет уменьшения вероятности прогрессирующего обрушения при локальных разрушениях несущих конструкций.

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Рекомендации, разработанные МНИИТЭП и НИИЖБ, утвержденные и введенные в действие приказом Москомархитектуры в 2005 г. (тезисы)
1. Обеспечение устойчивости к прогрессирующему обрушению в случае локального разрушения отдельных конструкций при аварийных воздействиях (взрыв бытового газа, пожар и т.п.)
2. Локальные разрушения отдельных несущих конструкций, которые не должны приводить к обрушению соседних конструкций.
3. Обеспечение прочности и устойчивости, как минимум на время, необходимое для эвакуации людей ( при этом перемещения конструкций и раскрытие трещин не ограничивается).
4. Устойчивость к прогрессирующему обрушению проверяется расчетом на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и временные длительные нагрузки (коэффициенты надежности = 1).
5. Расчетные характеристики материалов повышают за счет специальных коэффициентов надежности. Расчетные сопротивления умножают на коэффициенты условий работы, учитывающие малую вероятность аварийных воздействий и рост прочности бетона после возведения здания, а также возможность работы арматуры за пределом текучести.

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Подготовка данных и расчет
Первый этап включает следующие действия :
- статический и динамический (если это необходимо) расчеты с целью определения НДС конструкции в нормальных условиях эксплуатации;
- определение расчетных сочетаний усилий (РСУ);
- подбор арматуры в элементах железобетонных конструкций с учетом первого и второго (трещиностойкость) предельных состояний;
- проверка и подбор прокатных сечений элементов стальных конструкций.

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Второй этап включает следующие действия :
- список конечных элементов, входящих во внезапно удаляемый фрагмент конструкции;
- проверочную комбинацию загружений, в которую входят постоянные нагрузки и длительная часть временных нагрузок с коэффициентом 1;
- группу нагрузок, определяющую вес обрушившихся конструкций;
- коэффициент перегрузки (динамичности) — Kf для корректировки реакции системы при внезапном удалении элемента конструкции;
- коэффициенты перегрузки — Kg для для корректировки реакции системы на обрушение вышедших из строя конструкций (по умолчанию принимается Kg = Kf = 2);
- значение интервала неопределенности.

ЭВМ, нормы и расчетная практика
В программе принят следующий порядок выполнения расчета:
определяются реакции в узлах вышедших из строя элементов, примыкающих к остальной части схемы, от проверочной комбинации нагрузок;
полученные значения реакций добавляются в расчетную комбинацию с коэффициентом Kf;
в проверочную комбинацию добавляется группа нагрузок от веса обрушившихся конструкций с коэффициентом Kg;
формируется новая расчетная схема, в которой разрушенные элементы будут неактивны;
выполняется расчет полученной схемы на проверочную комбинацию; формируются расчетные сочетания усилий;
выполняется экспертиза несущей способности элементов стальных и железобетонных конструкций.

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Результаты расчета на прогрессирующее обрушение отображаются в графической форме в двух и трехцветной цветовой шкале
В двухцветной шкале элементы разделяются по цвету на работающие (Kmax <1) и вышедшие из строя (Kmax ≥ 1).
В трехцветной шкале третий цвет используется для элементов, которые, по мнению расчетчика, с равной вероятностью могут быть отнесены и к выбывшим из строя, и к работающим
(1-$
Значение интервала неопределенности $ назначается пользователем.

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Осторожная оценка (слева) и
учет геометрической нелинейности (справа)

ЭВМ, нормы и расчетная практика

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Осторожная оценка (вычисленное армирование)

Задание первоначального армирования
В результате разрушения части несущих конструкций характер напряженно-деформированного состояния элемента может измениться.
В этом случае актуальна возможность задания некого первоначального армирования, меньше которого в сечении быть не должно.
Если при подборе арматуры окажется, что первоначального армирования недостаточно, то к нему будет добавлена необходимая арматура. В противном случае в сечении останется заданное первоначальное армирование.

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Осторожная оценка (заданное минимальное армирование)

ЭВМ, нормы и расчетная практика
Расчет с учетом геометрической нелинейности

Некоторые выводы и обобщения
При реализации данного режима авторами принималась во внимание очевидная условность исходных предпосылок, заключающаяся в следующем:
- нет достоверной информации о месте и причине возникновения процесса и характере его протекания;
- реальные параметры разрушения могут далеко отстоять от условий прочности, приведенных в нормах, т.к. известно, что расчетные значения параметров прочности могут существенно отличаться от наблюдаемых в натуре.
Кроме того, в «Рекомендациях по снижению опасности (предотвращению) аварийных воздействий и лавинообразного (прогрессирующего) обрушения для большепролетных зданий», разработанных НИЦ «СТРОИТЕЛЬСТВО» и ЦНИИСК им. Кучеренко, указано, что „...невозможно запроектировать и построить сооружение абсолютно безопасным и при этом не учитывать стоимость предотвращения аварийных ситуаций...”, а также „...сооружения не могут быть совершенно свободными от риска обрушения из-за неопределенностей требований к системе, разброса технических свойств строительных материалов, трудностей адекватного моделирования поведения системы даже с использованием современных программных комплексов...”.
Таким образом, в результате численного моделирования можно получить качественную оценку характеристик устойчивости конструкции по отношению к прогрессирующему обрушению, а также сопоставить несколько возможных сценариев обрушения с целью выявления слабых мест конструкции.